RFID定位系统和定位方法与流程

本发明实施例涉及射频定位技术领域，具体涉及一种rfid定位系统和定位方法。

背景技术：

射频识别(rfid)是一种非接触式的自动识别技术。定位管理被认为是无线射频识别技术的一种重要发展方向。rfid标签具有体积小、读写范围广、寿命长、抗干扰能力强等特点。但相关技术中使用rfid进行定位时定位精度低，无法应用于心脏等人体器官的三维标测。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种rfid定位系统和定位方法，以解决现有技术中由于现有的rfid定位方式导致的定位精度低的问题。rfid标签可以集成在心脏介入导管上，进行心脏三维标测。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面提供了一种rfid定位系统，包括：四个天线阵列，用于形成两个天线对；rfid标签；控制模块，用于控制所述四个天线阵列中的一个天线阵列发射射频信号，并控制所述两个天线对接收经过所述rfid标签的两对反向散射信号，进而根据所述两对反向散射信号得到两个相位差，进而根据所述反向散射信号的频率和所述两个相位差、预设n值对所述rfid标签进行定位；其中，n为整数。

进一步地，所述控制模块进一步用于根据以下公式得到所述两个天线对的相位差：

其中，δdij表示天线阵列i和天线阵列j与所述rfid标签的距离差，λ表示反相散射信号的波长且λ＝c/f，c表示光速，f表示反相散射信号的频率，δφ表示天线阵列i和天线阵列j的相位差。

进一步地，所述控制模块进一步用于将所述rfid标签用唯一的伪噪声码编码，以识别所述反向散射信号。

进一步地，n为0、1、2、3、4或5。

根据本发明实施例的第二方面提供了一种包括上述实施例rfid定位系统的定位方法，包括以下步骤：控制一个天线阵列发射射频信号；控制所述两个天线对接收经过所述rfid标签的两对反向散射信号；根据所述两对反向散射信号得到两个相位差；根据所述反向散射信号的频率、所述两个相位差、预设n值对所述rfid标签进行定位。

进一步地，根据以下公式得到所述两个天线对的相位差：

其中，δdij表示天线阵列i和天线阵列j与所述rfid标签的距离差，λ表示反相散射信号的波长且λ＝c/f，c表示光速，f表示反相散射信号的频率，δφ表示天线阵列i和天线阵列j的相位差。

进一步地，在所述控制所述两个电线对接收经过所述rfid标签的两对反向散射信号之前，还包括：将所述rfid标签用唯一的伪噪声码编码。

进一步地，n为0、1、2、3、4或5。

本发明实施例具有如下优点：

基于两对天线阵列的相位差和反相散射信号的频率按照预设公式对应得到两个距离差，进而根据最优化算法和最小移动距离的原则可以进行rfid定位，并极大地提升rfid定位的精确度，可以集成在心脏介入导管上，进行心脏三维标测。此外，本发明的rfid定位系统和定位方法可以应用于目标物体的三维标测，以辅助相关人员进行相应工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例rfid定位系统的结构框图；

图2为本发明实施例rfid定位系统两个天线对接收rfid反向散射信号的示意图；

图3为本发明实施例rfid定位系统中使用天线间的相位差来计算到达角度的示意图；

图4为本发明实施例定位方法的流程图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例rfid定位系统的结构框图。如图1所示，本发明实施例的rfid定位系统，包括四个天线阵列、rfid标签和控制模块。

其中，四个天线阵列用于形成两个天线对。在本发明的一个实施例中，由四个天线阵列分为两组形成两个电线对。

rfid标签。在本发明的一个实施例中，控制模块将rfid标签用唯一的伪噪声码(pn码)编码，以将标签反向散射信号与由天线接收的其余信号区分开。其中，代码在标签编码器上创建，它通过调制连接到标签天线的pin二极管的电流来改变标签天线的阻抗。

控制模块用于控制四个天线阵列中的一个天线阵列发射射频信号，并控制两个天线对接收经过rfid标签的两对反向散射信号，进而根据两对反向散射信号得到两个相位差，进而根据两个相位差、反向散射信号的频率、预设n值对rfid标签进行定位。其中，n为整数。

图2为本发明实施例rfid定位系统两个天线对接收rfid反向散射信号的示意图。如图2所示，在本发明的一个实施例中，控制天线阵列1发射指定频率射频信号，射频信号经过rfid标签时进行反相散射，由天线阵列1、天线阵列2、阵列天线阵列3和天线阵列4分别接收反向散射信号。其中，可以设定天线阵列1和天线阵列2为一个天线对，天线阵列3和天线阵列4为一个天线对，也可以设定天线阵列1和天线阵列3为一个天线对，天线阵列2和天线阵列4为一个天线对。

在本发明实施例中，rfid定位系统使用单基地天线，用于传输和接收来自标签的射频信号。天线发出和rfid标签反向散射均是球面波传播，所以标签和天线之间的距离与接收相位成比例，满足以下公式：

其中，d表示从rfid标签到某个天线阵列的距离，λ表示反相散射信号的波长且λ＝c/f，c表示光速，f表示反相散射信号的频率，φ表示某个天线的接收相位，并且由于相位的周期性变化，n是整数。如果rfid标签从天线移开半波长，接收的相位将改变2π。

每个天线阵列通过接收到的反向散射信号可以得到一个相应的反向散射信号的相位，例如通过使用iq解调器实现，相位是i和q在相位圆中形成的角度。使用收发器可切换所有四个天线并如上计算相应的相位。

图3为本发明实施例rfid定位系统中使用天线间的相位差来计算到达角度的示意图。如图3所示，在本发明的一个实施例中，控制模块进一步用于根据以下公式得到两个天线对的相位差：

其中，δdij表示天线阵列i和天线阵列j与rfid标签的距离差，λ表示反相散射信号的波长且λ＝c/f，c表示光速，f表示反相散射信号的频率，δφ表示天线阵列i和天线阵列j的相位差。

rfid标签和两个天线之间的距离差可用于找到2d定位的信号到达角，需要水平(方位角)中的两个分离天线和垂直(仰角)平面中的两个分离天线。

其中，∠azimuth表示方位角，∠elevation表示仰角，antennaspacing表示天线间距，δd13是用于方位角计算的从标签到天线1和天线3的距离的差，δd24是用于仰角计算的阵列中距标签到天线2和天线4的距离的差。

如果确保δd13和δd24小于四分之一波长，则等式(2)中的相位差将仅从-π变化到+π。

当rfid标签位于原点时，校准收发器以报告来自所有四个天线的零相位。如果rfid标签开始围绕原点(x0，y0，z0)运动，则可以基于报告的相位值计算标签到每个天线的精确距离而没有模糊。使用gauss-newton方法，以基于四个标签到天线距离给出(xi，yi，zi)标签坐标。在一般情况下，对于每组相位值，由于相位模糊，将基于未知整数存在多个标签到天线距离。假设标签在原点附近开始没有相位模糊，计算(xi，yi，zi)。对于每个后续计算，使用多个整数值(最多n＝5，即n为0、1、2、3、4或5)计算(xi，yi，zi)，并且五个替代解决方案中的所选(xi，yi，zi)是给出最小距离的那个先前计算的(x，y，z)。假设间隔时间为20ms，rfid标签在两次(xi，yi，zi)和(xi+1，yi+1，zi+1)计算之间的移动速度不超过半波长。

收发器和主机之间的通信通过rs232/usb适配器，在主机中显示为串行com端口。

本发明实施例的rfid定位系统，基于两对天线阵列的相位差和反相散射信号的频率按照预设公式对应得到两个距离差，进而根据同心圆相交理论和最小移动距离的原则可以进行rfid定位，并极大地提升rfid定位的精确度。

图4为本发明实施例定位方法的流程图。如图4所示，本发明实施例的定位方法，包括上述实施例的rfid定位系统，该定位方法包括以下步骤：

s1：控制一个天线阵列发射射频信号；

s2：控制两个天线对接收经过rfid标签的两对反向散射信号；

s3：根据两对反向散射信号得到两个相位差；

s4：根据两个相位差、反向散射信号的频率、预设n值对rfid标签进行定位。

本发明实施例的定位方法，基于两对天线阵列的相位差和反相散射信号的频率按照预设公式对应得到两个距离差，进而根据同心圆相交理论和最小移动距离的原则可以进行rfid定位，并极大地提升rfid定位的精确度。

在本发明的一个实施例中，根据以下公式得到两个天线对的相位差：

其中，δdij表示天线阵列i和天线阵列j与rfid标签的距离差，λ表示反相散射信号的波长且λ＝c/f，c表示光速，f表示反相散射信号的频率，δφ表示天线阵列i和天线阵列j的相位差。

在本发明的一个实施例中，在控制两个电线对接收经过rfid标签的两对反向散射信号之前，还包括：将rfid标签用唯一的伪噪声码编码。

在本发明的一个实施例中，n为0、1、2、3、4或5。

需要说明的是，本发明实施例的定位方法的具体实施方式与本发明实施例的rfid定位系统的具体实施方式类似，具体参见rfid定位系统部分的描述，为了减少冗余，不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。